JPS609635A - 工作機械における変位補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は移動部材およびこの移動部材を摺動自在に支持
する支持部材ケ備えた工作機械における変位補正装置に
係り、とりわけ変位の補正を移動部材の移動位置に応じ
て最適に行うことのできる変位補正装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

横中ぐシ盤、横フライス盤、ドローカットシェーパ２型
彫盤などの工作機械は、移動部材、例えばラム、および
この移動部材を摺動自在に支持する支持部材、例えば主
軸頭を備えている。このような工作機械においては、ラ
ムの繰出しあるいは大型の工具、アタッチメントの取付
は等により、ラム自身がたわんだり、主軸頭の重心位置
が変化して主軸頭が傾いたシするなどの変位を生ずる。

工作機械の加工精度の維持を図るためには、これらの変
位を補正する必要があシ、従来種々の変位補正装置が用
いられている。例えば、特公昭４０−２１８５号（特願
昭３６−２４５８８号）公報には、主軸頭の重心位置変
動によって生ずるモーメントの変位を自動的に防ぐよう
、ラムの繰出しに対応させてバランスウェイトに設けら
れた油圧シリンダへの油圧を変化させる重心位置変動補
償装置付ノ々ランス装置が開示され、また、特公昭５０
−３８８２７号←特願昭４３−１２３４７号）公報には
、ラム上部にテンションバー１！＋！設し、このテンシ
ョンパーの後端部Ｚ油圧シリンダによシ引張シ、ラム自
体のたわみを補正する、ラム応力補償装置が開示されて
いる。この他にも、例えば、主軸頭のラム摺動面の下面
の前端部と後端部に油圧ポケットヲ設け、この油圧ポケ
ットに圧力油を供給することによシ、ラム摺動面の前端
部と後端部の隙間を常に均一に保ち、隙間の差によるラ
ムの傾斜を補正するようにした装置、あるいは、主軸頭
前部の上下に油圧シリンダを設け、主軸頭前下部のたわ
みを補正する主軸頭応力補償装置などが採用されている
。

これらの変位補正装置においては、油圧ポンプを備えた
油圧供給装置によシ発生された油圧を、圧力調整弁を用
いてラム繰出し量に応じで調整し、油圧シリンダに供給
することにより、ラムあるいは主軸頭に生ずる変位を補
正するようにしであるが、圧力調整弁としては、２方向
からそれぞれ単独に二次圧（油圧シリンダへ供給される
油圧）を調整できるパイロットバルブを持ったバランス
ピストン型の圧力調整弁が用いられている。すなわち、
パイロットバルブの両端に調整ねじを設け、一方の調整
ねじなラム送りねじの軸と歯車機構乞介して連結し、ラ
ムの移動と連動して調整ねじ乞回転させて自動的に二次
圧火調整し得るようにするとともに、他方の調整ねじな
主軸頭の調整ダイヤルに直結し、ラムまたは主軸に工具
あるいはアタッチメントを取付けたとき、調整ダイヤル
ｌ用いて調整ねじｔ回転させ、重量により主軸頭重心位
置が変動した分だけあらかじめ初圧を調整し得るように
しである。

このように、従来の変位補正装置においては、バランス
ピストン型の圧力調整弁を用い、ノｖイロットパルプの
一端に設けられた調整ねじを所定の比率で回転させて油
圧の調整乞行っているが、このような従来の油圧調整方
法では、ラムの繰出し量に応じである一定の比率でしか
油圧の調整を行うことができず、ラムの繰出しの途中で
調整率を変更することはできなかった。すなわち、バラ
ンスピストン型圧力調整弁の圧力調整率（圧力特性）は
、内蔵されているバネ力によシー率的に決定され、特性
を変更するにはバネを交換しなければならない。

ところが、一般に、ラムの繰出し量とラムのたわみある
いは主軸頭の重心位置変動率は一定の比例関係にはなく
、ラムの繰出し量が大きくなると急激に変位量が大きく
なる傾向に多る。これは、ラムあるいは主軸の先端に大
重量の工具、アタッチメント等が装着されたとき、特に
顕著である。

それゆえ、圧力ケ一定の比率でしか調整でへないバラン
スピストン型圧力調整弁ン用いた従来の変位補正装置で
は、ラムの全繰出し位置において最適となる変位補正は
不可能で、おる特定の位置あるいは範囲においてのみし
か良好な補正を行うことができなかった。このため、特
に、大型の床上形中ぐシ盤、大型のアタツナメンｌｆ−
装層する工作機械あるいはラム繰出し飯の大きい工作機
械などでは、良好な加工精度の維持が困難であるとい′
う問題が生じていた。

また、アタッチメントの交換装着など付加荷重の変動が
あるごとに圧力調整弁Ｏ調整を手動で行わねばならず、
調整が面倒で時間がかかるとともに、圧力調整弁を作動
嘔せるための機械的連結部ヲ調整しつつ組付けねばなら
ず、変位補正装置の組立工数が多くなるという欠点があ
った。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなでれたものであシ、
工作機械の構成要素の移動によって生ずる変位部、移動
の全範Ｈにわたって最適に補正することのできる工作機
械における変位補正装置を提供することを目的とする。

また、本発明は交換装着されるアタッチメント。

工具等に応じて最適な変位の補正を行うことのできる変
位補正装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

第１図は本発明の構成を示す全体構成図である。

本発明は、圧力油あるいは圧力空気など乞発生供給１−
る圧力流体供給装置と、圧力流体供給装置から供給され
た圧力流体の圧力に応じた補正衝重ン、工作機械の構成
要素である、移動部材あるいけこの移動部材奢摺動自在
に支持する支持部材に舟与して前記部材に生ずる変位を
補正する補正荷重付与装置と、圧力流体供給装置と補正
荷重付与装置との間に配設され、変位補正値信号によシ
補正荷重付与装置への流体供給圧力を制御する圧力制御
手段と、移動部材の位置を検出し、位置信号乞発する位
置検出器と、位置検出器からの位置信号により、変位補
正値を演算し圧力制御手段に変位補正値信号ン送出する
変位補正値演算手段とからなる工作機械における変位補
正装置である。

本発明によれば、移動部材の移動によって生ずる変位ヶ
、その全移動位置において最適に補正１−ることかでき
、工作機械の加工精度の維持ならびに向上を図ることが
できる。

〔発明の実施例〕

以下第２図を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第２図は本発明による変位補正装置７床上形横中ぐり盤
に適用した例ケ示オ概要図である。床上形横中ぐシ盤１
０は、ベット１１上に水平移動可能に搭載された垂直コ
ラム１２に対し上下動可能に取付けられた主軸頭１３を
備え、この主軸頭１３に主軸１４を回転保持するラム１
５が軸方向に摺動自在に支持きれている。このような禍
造からなる横中ぐり盤１０においては、ラム１５が加工
のために繰出烙れると、ラム自身の重量および先端に装
着された工具１６するいはアタッチメント１７ａ　、　
１７ｂ　、　１７ｃ　の重量により、ラム１５のたわみ
、主軸頭１３全体の傾き、主軸頭前下部の弾性変形など
の変位を生ずる。そのため、これらの変位を補正するた
め、ラム１５の繰出し量に対応して、ラム１５および主
軸頭１３の各変位部に補正荷動を伺与する補正荷重付与
装置が設けられている。この補正荷重付与装置としては
、ラム自身のたわみを補正するためのラム応力補償装置
、主軸頭のラム摺動面の前端部と後端部との隙間の差に
よるラムの傾斜を補正する傾斜補償装置、主軸頭の重心
位置移動により生ずる傾きを補正する重心位置変動補償
装置および主軸頭前下部の弾性変形を補正する主軸頭応
力補償装置が設けられている。すなわち、ラム応力補償
装置は、ラム１５の上部に軸方向に埋設されたテンショ
ンパー１８およびこのテンションパー１８０後端部に接
続された油圧シリンダ１９からなシ、油圧シリンダ１９
に補正用油圧を供給することによりテンションパー１８
ヲ引張ね、ラム１５のたわみを補正することができる。

また、傾斜補償装置は、主軸頭１３のラム摺動面の下面
の前端部と後端部とにそれぞれ設けられた油圧ポケット
２】およびｎからなり、ラム１５の繰出し位置に対応し
た油圧をそれぞれの油圧ボケッ）　２］　、　２２に供
給し、ラム摺動面の前端部と後端部に生ずる隙間乞當に
均一に保つことによりラム１５の傾斜を補正することが
できる。重心位置変動補償装置は、主軸頭１３の前端部
と後端部ケ、それぞれ滑車２３ａ、２３ｂ’＆介してチ
ェーン（あるいはロー　’：ｌ　）　Ｚ４ａ　、　２４
ｂにより吊り上けるバランスウェイト６および前端側チ
ェーン２４ａ　に接続された油圧シリンダあからなり、
ラム１５の繰出し量に対応した油圧を油圧シリンダ別に
供給することによシ前端側チェーン２４＆の張力を増加
させ、主軸頭１３ケ常に水平に保つことができる。また
、主軸頭応力補償装置は、主軸頭１３の前部にラム上部
からラム下部に至るまでラム１５の軸方向と直交して埋
設ネれたクランプバー２７と、このクランツノ々−ｎの
上端に接続された油圧シリンダあとからなり、油圧シリ
ンダ郡にラム繰出し量に応じた補正用油圧を供給するこ
とにより主軸頭１３のラム支持部を引上げ、主軸頭１３
の前下部の弾性変形を補正することができる。なお、こ
の主軸頭応力補償装置は、主粕署１３の後己ｉｆも取付
ｄ、ラ−！−梗遣時の主缶顕・“）変形も補正するよう
にしてもよい。

これらの補正荷重付与装置は、油圧ポンプ２９ヲ備えた
圧力油供給装置から供給される圧力油により作動きれる
が、この圧力油は比例電磁式圧力制御弁により所定の補
正用油圧に制御されて供給される。すなわち、ラム応力
補償装置の油圧シリング１９は比例電磁式圧力制御弁２
０Ａｇ介して油圧ポンプ四と接続され、傾斜補償装置の
、後端部油圧ポケットηは比例電磁式圧力制御弁２０Ｂ
’４、前端部油圧ポケット２１は比例電磁式圧力制御弁
２０Ｃを、それぞれ介して油圧ポンプ四と接続され、烙
らに重心位置変動補償装置の油圧シリンダがおよび主軸
頭応力補償装置の油圧シリンダあけ比例電磁式圧力制御
弁２０Ｄを介して油圧ポンプ四と接続されている。ここ
で重心位置変動補償装置の油圧シリンダがと生軸頭応力
補償装置の油圧シリンダ列とが比例電磁式圧力制御弁２
０ＤＹ共用しているのけ、両油圧シリンダ部，２８に供
給される補正用油圧の特性が近似しているからであり、
それぞれ個別の比例電磁式圧力制御弁を用いてももちろ
んよい。

比例電磁式圧力制御弁はソレノイドによりパイロット弁
な制御するようにしたものであり、ソレノイドに加えら
れる入力電流値に比例して二次圧力（補正荷重付与装置
に供給さｔ］る油圧）を制御することができるものであ
る。この入力電流は、変位補正値演算手段より変位補正
値個号として入力される。

髪位補正値演算手段加は、ラム１５の先端に装着される
工具１６アるいはアタッチメント１７ａ　’＋　１７ｂ
　，１７ｅの種別，有無等の条件ごとにあらかじめ作成
されている演算プログラム暑記憶する記憶部３１、ラム
繰出し位置検出器からの位置信号を所定の演算プログラ
ムにより演算処理する演算部３２および演算結果を電流
信号としての変位補正値信号に変換し比例電磁式圧力制
御弁に送出する亥位補正値信号発生手段３３ヲ有してい
る。

ラム繰出し位置検出器としては、例えばインデックスパ
ルサあが用いられ、ラム送り用ポールねじあの端部に設
けた歯車列３６ヲ介してインデックスパルサ３４’４回
転駆動し、発生するパルスケ位置伯号として検出するよ
うにしてある。位置検出器としては、この他に例えばボ
テンショメータ，エンコーダ，レゾルノ々等を用いるこ
とができる。また、位置検出器をラム送り用ポールねじ
３５０回転駆動モータ３７に取伺け、モータ３７の回転
位置から位置信号を得るようにしてもよい。

演算ノログラムは、それぞれ力学的計算あるいは実測に
よりめることのできるラムの繰出しにより生ずるラムお
よび主軸頭の変位と、この変位ケ補正するに必要な補正
荷重との関係を、各変位補正装置の油圧シリンダ，油圧
ポケットに供給する補正用油圧計算式としてめられ、記
憶部３１にあらかじめ記憶されている。また、演算ゾロ
グラムは、ラムの先端に装着される工具，アタッチメン
トの重量，重心位置等を考慮し、それぞれの種別ごとに
作成されている。あるいはまた、それぞれの種別ごとに
、演算修正係数乞用いて重量等の変化の修正を行うよう
にしてもよい。

補正用油圧計算式は、ラム繰出し位置のすべての点にお
いて完全に変位補正烙れるよう、理論的あるいは実測に
よ請求められる高次関数の演算式であることが理想であ
るが、演算の容易化ゲ図るため、ラム繰出し位置を複数
の範囲に分割し、その範囲ごとに適用される比較的低次
（例えば−ｉ７．．）関数の計葬式ｔ用いて児全補正用
油圧の近１υ計算乞行うようにしてもよい。１−なわち
、ある所定の範囲内においてはラム繰出し量に対し補正
用油圧を一定の比率で変化させ、次のＤ「定の範囲内で
は前記とは異なる一定比率で変化爆ぜるようにしても、
比較的良好な変位補正を行うことができ、製品の品質を
損わない程度の加工精製を維持することが可能である。

本実施例においては、後述するように、ラムストローク
を３つの範囲に分割し、それぞれの範囲において袖土用
油圧計算式Ｚ相違嘔せ、ラムの繰出し量が大きくなる程
補正用油圧の増加率が増大するようにして実際の変位の
増加傾向に対応させるとともに、それぞれ比較的簡単な
一次関数で表わされる補正用油圧計算式乞用いて演算−
の容易化を図っている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。第３図は本実施例による変位補正装置を用いて
変位夕補正する手順を示すフローチャートである。まず
、ラム先端に装着される工具あるいはアタッチメント９
種別を変位補正値演算手段に入力し、対応する演算プロ
グラムを選択する。この入力は、押釦スイッチによる手
動操作の他に、例えばラムのアタッチメント取付面に複
数の検知スイッチを取付けておき、アタッチメントＹ装
着した時、アタッチメント側に種別に応じて設けられた
凹凸状のコードあるいは検知スイッチに当接するドッグ
ン検知スイッチに接触させその接触された検知スイッチ
の種類９組合せあるいは位置でアタッチメントの種別ケ
自動的に検知することにより行うこともできる。その他
、工具。

アタッチメントの選択、自動交換の指令値を利用して、
所要の演算プログラムを選択するとともできる。

次に工作機械の作動によりラム１５の繰出し動作が開始
されると、インデックスパルサ３４からラム１５の位置
信号がパルス信号として演算部３２に送られてくる。演
算部３２ではこの位置信号ケ選択された演算プログラム
により演算処理し、変位補正値ン算出する。この変位補
正値は変位補正値信号発生手段おによシミ流信号として
の変位補正値信号に変換され、それぞれの比例電磁式圧
力制御弁２０Ａ　、　２０Ｂ　、　２００　、２（ＩＤ
に送出される。比例電磁式圧力制御弁においては、変位
補正値信号に基づいて・？イロット弁の動作制御が行わ
れ、油ポンプ２９から送られた油圧（−次圧力）が、所
望の補正用油圧（二次圧力）に変換される。この補正用
油圧はそれぞれの補償装置の油圧シリンダあるいは油圧
ポケットに供給され、補償装置ｋｗ作動させることによ
り所定の変位補正機能乞発揮させる。これにより、ラム
繰出しによるラム１５および主軸頭１３における変位の
補正を、ラム繰出しの全位置において連続自動的かつ良
好に行うことができる。

第４図は本実施例による変位補正装置１ｔＦｒ用いて、
ラム１５のたわみおよび主軸頭１３の傾きを補正した結
果を示す説明図である。図において左側はラム１５ン繰
出したときのラム１５および主軸頭１３の変位の状態を
示し、右側はラムストロークに対する補正用油圧の大き
さン示している。

第４図（ａ）においては、ラム１５の先端に工具１６が
装着され、補正用油圧は全く供給でれていガい。

このように、変位補正装置乞作動させない場合には、ラ
ム１５のたわみとともに主軸頭１３に角度θ１の傾きが
生ずる。

第４図（ｂ）は本実施例による変位補正装置を用いて第
４図（ａｌに示すような変位を補正した結果ケ示してい
る。補正用油圧はラムの繰出し量（ストローク）に比例
して変化されているが、この変化率は、ラムのストロー
クの途中において変えられている。すなわち、ラムのス
トロークを３つの範囲に分割し、繰出し初期の補正用油
圧増加率よシも、繰出し終期の補正用油圧増加率を大き
くしである。

図中において符号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、それぞれ比例電磁
式圧力制御弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ，２０Ｄ（第２図
参照）によシ制御された油圧を示している。

なお、主軸頭１３の後端部油圧ポケット２２へ供給され
る補正用油圧Ｂは′、ラム１５が後退した際の主軸頭１
３の後端部の傾きを補正するためのものであり、補正用
油圧のカーブが他の補正用油圧Ａ、　、　Ｃ、Ｄのもの
と逆になっている。

第４図（ｃｌは、第４図（ｂ）と同様の補正用油圧ン供
給して、アタッチメント１７ｃの装着されたラム１５お
よび主軸頭１３の変位を補正した結果を示す図である。

この図からも明らかなように、アタッチメン）１７ｃが
装着された場合には、その重量によりラムＪ５のたわみ
、主軸頭１３の傾きが大きくなり、工具１６装着時と同
様の補正用油圧では、ラムｊ５のたわみおよび主軸頭１
３の傾き０２を完全に補正することができない。

第４図（ｄｌは、アタッチメン）１７ｃの装着検知信号
により、アタッチメン）１７ｃに対応した演算プログラ
ムを選択し、その演算ゾログラムによって算出された補
正用油圧ケ用いて補正した結果を示す図である。図から
も明らかなように、アタッチメントが装着された場合の
補正用油圧の供給カーゾは、重量の軽い工具が装着され
た場合のもの（第４図（ｂ））と比べ急傾斜となってお
シ、ラムの繰出し量に対する補正用油圧の変化率が大き
い。

特にラムの繰出し終期においては、その差が顕著である
。このように、アタッチメントの種別に応じた演算プロ
グラムを選択して補正用油圧を算出供給することによシ
、確実な変位補正を行うことができる。

本実施例の説明においては、補正荷重付与装置として４
種類の補償装置を用いた例を示したが、これらの補償装
置は、通用式れるラムの重量等に応じて適宜選択２組合
せすることができる。例えば、比較的小型軽量の工作機
械においては、ラム応力補償装置、傾斜補償装置などを
省略することができ、また、大型犬重量の工作機械にお
いては、ラム応力補償装置のテンションパー１８ン増加
したり、主軸頭応力補償装置のクランプバー２７を主軸
頭後下部にも設ける必要がある。また、本実施例には開
示されていない、他の同様の機能火備えた補正荷重付与
装置Ｚ採用することも可能である。

また本実施例では補正荷重を付与す゛る手段として油圧
ン用いる例を示したが、他の流体圧、例えば空気圧、水
圧を用いることも可能である。

また、本実施例においては、ラムの全ストロークに対し
３種類のカーブを描く補正用油圧計ａ１式！用いて油圧
制御しであるが、この梅類を多くすることにより、よシ
鞘度の高い変位の補正を行うことができる。

さらに、実際の加工中において、ラムおよび主軸頭の変
位ケ検出し、これケフィードバック信号として演算手段
に人力し、変位補正値の演算の修正ケ行うようにすれば
、より精度の向上を図ることができる。また、比例電磁
式圧力制御弁の精度が十分でないときは、圧力制御され
た後の補正用油圧を検出し、演算手段にフィードツマツ
クすることにより精度の補償ン行うことができざ。

また、変位補正値演算プログラムに、工具、アタッチメ
ントの種別による修正係数の他に、例えばワークの種別
、主軸回転数などに対応する修正係数を含ませておけば
、よシ多角的観点からの変位補正ケ行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工作機械の構成
要素である移動部材の各移動位置において、所要の補正
荷重ｌ演算し付与することができるようにしであるので
、移動部材の移動位置に応じた最適な変位補正を行うこ
とができる。また、移動部材の移動量に対する補正荷重
の変化率を移動部材の移動ストロークの途中においても
変更可能であり、移動部材の全移動ストロークに対し一
定の比例関係でしか補正荷重を変化させることができな
い従来の変位補正装置に比べ、変位補正精度を大幅に向
上させることができる。これは特に、移動ストロークの
大きい工作機械において顕著である。

また、工具、アタッチメントなどの装着部材の種別に応
じて最適な変位補正値演算プログラムを選択することが
でき、変位補正精度を一層向上させることができる。′
＝ｉ′だ、この演算プログラムの選択を、工具、アタッ
チメントの交換時に連動させて自動的に行うことが可能
であシ、工作機械の運転の完全自動化ケ図る上において
有利である。

なお、本発明は移動部材の移動により変位乞生ずる工作
機械において用いることができ、前述した種類の工作機
械の他に、例えば垂直ダブルコラムに両端支持されたク
ロスパーに沿って摺動する主軸頭を備えた、いわゆる門
型マシニングセンタなどにも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す全体構成図、第２図は本発
明の一実施例を示す概要図、第３図は本発明による補正
手順を示すフローチャート、第４図は本発明の効果を示
す説明図である。 １３・・・主軸頭、１５−・・ラム、１６−・・工具、
１７ａ　、　１７ｂ　。 １７ｃ・・・アタッチメント、１９，２６．２８・・・
油圧シリンｆ、２］　、　２２・・・油圧ポケット、２
９・・・油圧ポンプ、２ＯＡ　、　２０Ｂ　、　２０Ｃ
、２０Ｄ−・・比例電磁式圧力制御弁、加・・・変位補
正値演算手段、３１・・・記憶部、３２・・・演算部、
３３・・・変位補正値信号発生手段、３４・・・インデ
ックスノぞルサ。 出願人代理人　猪　股　清 第３菌 ｌａ） スタート ユ１し了タッチノンＦ９ 種別検知 演算１０１７人　（ｂ） ９Ｊず１尺 ラムイ立置イ鳴吃 入力 変ｉ立１由゛正イ直 ６１に算 （Ｃ） 慎トハＴイ厚ｉ’、Ｉ（直イ名号 １　・を力 ８４］ ラムス）ローフ　−□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｊ　圧力流体供給装置と；前記圧力流体供給装置から供
   給された圧力流体の圧力に応じた補正荷重を、工作機械
   の構成要素である、移動部材あるいはこの移動部材を摺
   動自在に支持する支持部材に付与して前記部材に生ずる
   変位を補正する補正荷重付与装置と；前記圧力流体供給
   装置　゛と補正荷重付与装置との間に配設され、変位補
   　・正値信号により前記補正荷重付与装置への流体供給
   圧力を制御す否圧力制御手段と；前記移動部材の位置を
   検出し、位置信号を発する位置検出器と；前記位置検出
   器からの位置信号によシ、変位補正値信号算し前記圧力
   制御手段に変位補正値信号を送出する変位補正値演算手
   段と；か　（らなる工作機械における変位補正装置。 ２圧力制御手段は、比例電磁式圧力制御弁であることを
   特徴とする特許請求の範囲１ｇ１項記載の変位補正装置
   。 ３変位補正値演算手段は、前記移動部材に対して装着さ
   れる部材に応じた変位補正値演算プログラムを内蔵して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位
   補正装置。